复合浆体中粉煤灰和水泥水化反应程度的测定

收稿日期:2003205212;修订日期:2003211213作者简介:阎培渝(19552),男,重庆人,清华大学教授,博士生导师,博士. 文章编号:100729629(2004)022*******复合胶凝材料的初期水化产物和浆体结构阎培渝,　韩建国(清华大学土木水利学院,北京100084)摘要:利用XRD 和ESEM 研究了由硅酸盐水泥、矿物掺和料和膨胀剂组成的复合胶凝材料的初期水化产物和浆体结构.结果表明:水化产物在水化6h 时刚开始成核生长,生成纤维状CSH 晶须和六方片状钙矾石微晶,并有过渡性水化产物钾石膏片状晶体和K 2SO 4生成.复合胶凝材料水化1d 后,水化产物大量生成,主要为CSH 凝胶、Ca (OH )2和钙矾石,并形成致密的浆体结构.关键词:环境扫描电镜;复合胶凝材料;初期水化产物;浆体结构中图分类号:TQ172.1 文献标识码:AE arly 2age H ydrates and Paste Structure of Complex BindersYA N Pei 2yu ,　HA N Jian 2guo(School of Civil Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )Abstract :The early 2age hydrates and paste structure of complex binders composed of Portland cement ,mineral admixture and expansive agent were investigated with XRD and ESEM.The hydrates begin to nucleate at the 6th hour.Fiber 2form CSH and plate 2form ettringite microcrystals ,as well as temporary products of syngenite and K 2SO 4are formed in this period.A large amount of hydration products ,mainly CSH ,Ca (OH )2and ettringite ,are formed after 1day to produce a dense paste.K ey w ords :environmental scanning electron microscopy (ESEM );complex binder ;early 2age hy 2drate ;paste structure 水泥的水化初期阶段可持续约24h.在这段期间,水泥水化反应进行剧烈,水化产物迅速生成,浆体结构明显变化,硬化浆体结构初步形成.水泥水化硬化的初期阶段是决定其性能的最重要时期.其后,水化反应速率大幅度降低,进入衰退期,硬化浆体结构则缓慢而平稳地变化[1].人们在研究水泥水化硬化过程时,经常采用X 射线衍射分析和扫描电镜来确定其水化产物种类,观察硬化水泥浆体的微观形貌,从而解释水泥水化机理和硬化浆体结构形成机制,探讨水化产物和微观结构对于水泥性能的影响.近年发展起来的环境扫描电镜其特点为:含水样品可以不经干燥,不需喷镀导电膜而直接放入电镜进行实时观察,非常适用于观察水泥的水化硬化过程.利用环境扫描电镜进行研究,已经获得了一些新知识,并据此对水泥的主要水化产物———CSH 凝胶的形成机理和结构形式提出了新的解释[2,3].我国现在大量使用补偿收缩混凝土来浇筑建筑物的大体积混凝土底板或地下室连续墙等结构,这种混凝土所用胶凝材料通常含有硅酸盐水泥、粉煤灰和膨胀剂等多种组分,各组分相互影响,使其水化硬化过程较为复杂.本文利用X 射线衍射分析和环境扫描电镜观察了由硅酸盐水泥、粉第7卷第2期2004年6月建　筑　材　料　学　报JOURNAL OF BU ILDIN G MA TERIAL SVol.7,No.2J un.,2004煤灰和膨胀剂组成的复合胶凝材料的初期水化产物和浆体结构,并探讨了复合胶凝材料的水化机理.1　实验实验所用原材料为P ・O 42.5纯硅酸盐水泥(OPC )、一级粉煤灰(FA )、磨细高炉矿渣(GG BS )和U EA 膨胀剂(SWC ),原材料的化学组成见表1.试样组成分别为:(1)100%(质量分数,余同)OPC ;(2)92%OPC +8%SWC ;(3)62%OPC +30%FA +8%SWC ;(4)62%OPC +30%GG BS +8%SWC.水胶比为0.5和0.3.样品按比例配料,混合均匀,加水拌合均匀,按不同龄期分别放入密封的塑料筒中,在20°C 下养护至规定龄期,取出样品,切取1小块,放入环境扫描电镜观察.另取部分样品,在无水乙醇中磨细,过滤,然后在30°C 下烘干0.5h 以停止水化,用XRD 分析,确定水化产物.表1　原材料的化学组成T able 1　Chemical compositions of ra w m aterialsw /%Material SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO K 2O Na 2O SO 3IL OPC 19.6 4.5 2.362.9 1.4 1.220.19 3.20 4.5FA 52.625.87.5 3.5 1.9 3.600.750.38 3.1GG BS 36.012.40.839.78.00.550.300.200SWC23.912.51.619.62.40.730.1131.756.2 所用电镜为Philips XL30ESEM 2FEG 场发射环境扫描电镜,采用二次电子像观察,加速电压25kV ,样品腔内气体压力5～10Torr (1Torr 相当于133.322Pa ).XRD 分析采用Siemens D 25000X 射线衍射仪,铜靶,2θ范围为8°～60°,扫描速度为2°/min.图1　水化6h 时胶凝材料浆体的XRD 谱(m W /m B =0.3)Fig.1　XRD patterns of binder pastes hydrated for 6h2　结果与讨论4种胶凝材料水化6h 后的XRD 结果(图1)显示,此时水化产物的量很少,硅酸盐相水化反应的主要产物之一Ca (OH )2的特征峰难于辨认,硫铝酸盐水化产物钙矾石的特征峰很弱;硅酸盐熟料矿物A 矿(C 3S )和B 矿(C 2S ),以及膨胀剂的主要成分之一硬石膏的特征峰很强.由水泥化学基本原理可知,硅酸盐水泥与水接触开始水化后的最初数小时内水化速度很慢,反应处于潜伏期.在此期间形成的水化产物刚开始成核生长并相互搭接,使塑性浆体逐渐失去流动性.根据水化放热过程的测量结果可知,水化开始6h 后,胶凝材料刚刚结束诱导期,水化反应开始加速进行[4].图2为样品2水化6h 后的显微形貌,此时水化潜伏期刚刚结束,水化产物量少,相互搭接不多,在图中可以分辩出独立的水泥颗粒,并可见在这些水泥颗粒表面已经覆盖有非常细小的水化产物晶核;在水泥颗粒之间,分布着一些片状晶体,经能谱分析确认,它们是过渡性水化产物钾石膏(K 2Ca[SO 4]2・H 2O )晶体.由于所用水泥和粉煤灰中含有较多K 2O ,其遇水溶出后,将与体系中的硫酸盐反应,除生成钾石膏外,还生成K 2SO 4,也富集沉淀在粉煤灰颗粒表面(图3).这2个反应将会302　第2期阎培渝等:复合胶凝材料的初期水化产物和浆体结构 影响体系中硫酸钙的溶解与反应过程,从而对胶凝材料的凝结性能产生影响,但具体的影响机理和效果尚需进一步的系统研究.王培铭等[5]在研究蔗糖对硅酸盐水泥的水化和凝结作用原理时指出,由于蔗糖加速水化,高钾碱硅酸盐水泥可反应生成钾石膏和K 2SO 4.但他们给出的钾石膏和K 2SO 4的形貌与本文所观察到的有所不同.以前由于通常在水化1d 或3d 时取样观察,所以难于观察到这些水化产物.国内的水泥研究者对于这些水化产物的形貌是比较陌生的,很可能将他们与叠层生长的水化产物Ca (OH )2片状晶体相混淆.图4显示浆体中存在刚生成的1～2μm 沿C 轴叠层生长的Ca (OH )2片状六方晶核.与图2所示钾石膏片状晶体相比,可见二者有明显区别.在水泥颗粒表面生成的水化产物晶核可以分为两类.一类为纤维状的CSH 微晶,另一类为六方片状的钙矾石晶核(图5).传统的水泥化学理论认为,CSH 是一种结晶很差的凝胶体,而钙矾石是六方针状或棒状晶体.本文所示观察结果显示,在水泥水化初期,CSH 生成小于1μm 的晶须,而钙矾石则以六方片状晶核形式存在.图2　样品2水化6h 后的显微形貌Fig.2　Micromorphology of sample 2hydrated for 6h图4　叠层生长的Ca (OH )2晶体Fig.4　Layeredly formed Ca (OH )2crystals图3　粉煤灰颗粒表面沉积的K 2SO 4Fig.3　K 2SO 4deposited on fly ashparticles图5　样品2水化6h 后生成的CSH 晶须和片状钙矾石晶核Fig.5　CSH fiber 2form microcrystals andplate 2form ettringite nuclei in sample 2hydrated for 6h 当复合胶凝材料中含有粉煤灰时,由于粉煤灰的火山灰反应需要水泥水化生成的Ca (OH )2来激发,而且反应速度很慢,通常认为在水化初期粉煤灰对水化进程没有明显作用.ESEM 观察(图6)显示,样品3水化6h 后,粉煤灰球形颗粒表面散布着许多微小的水化产物晶核.它们不是在粉煤灰颗粒表面就地生成,而是通过溶解-结晶机制沉淀在其表面,因此具有规则的外形.粉煤灰颗粒提供了大量水化产物的初始形核点.体系内形核点增多,可促进复合胶凝材料中水泥组分的水化.使体系总的水化速率增加.与纯硅酸盐水泥相比,复合胶凝材料的水化速率降低幅度并不与其中粉煤灰的掺量成正比.水胶比为0.5的样品,由于体系内水分供应充裕,初期水化反应更为容易,在粉煤灰颗粒表面沉积的水化产物明显多于水胶比为0.3的样品.402 建　筑　材　料　学　报第7卷　(a )m W /m B =0.3(b )m W /m B =0.5图6　样品3水化6h 后在粉煤灰颗粒表面沉淀的水化产物晶核Fig.6　Hydrate nuclei deposited on fly ash particles in the sample 3hydrated for 6h图7　水化1d 时胶凝材料浆体的XRD 谱Fig.7　XRD patterns of binder pastes hydrated for 1d 4种胶凝材料水化1d 后的XRD 结果(图7)显示,硅酸盐熟料矿物A 矿(C 3S )和B 矿(C 2S ),以及膨胀剂的主要成分之一硬石膏的特征峰已经明显减弱,Ca (OH )2大量生成,钙矾石的特征峰增强.水化开始后6h 到1d 是胶凝材料水化反应剧烈进行的阶段.水化产物迅速增加,硬化浆体结构基本形成(见图8).此时CSH 凝胶与钙矾石晶体混杂,形成致密的硬化浆体基体,部分尚未水化的熟料颗粒镶嵌在基体中.图8(a )右部显示了样品制备过程中熟料颗粒被拔除而留下的空洞,在洞壁上可以看到棒状钙矾石晶体.熟料颗粒表面光滑,没有水化产物附着,在熟料颗粒与水化产物基体之间存在明显的缝隙,表明此时熟料尚主要以溶解-结晶的方式发生水化反应,生成外部水化产物.熟料颗粒体积逐渐缩小,最终可能形成中空的Hadley 粒子[6],或者由后期的局部水化反应生成的内部水化产物来填充这些缝隙.水胶比不同,浆体的致密程度不同,浆体的显微形貌也不同.图8还显示,在水胶比为0.3的浆体中,水化产物相互紧密堆积,形成无特征形貌的致密结构;而水胶比为0.5的浆体有较多空间供水化产物生长,图中明显可见纤维状CSH 生长于单个颗粒表面,而棒状钙矾石则成簇聚集在颗粒间隙中.由于浆体结构疏松,所以虽然水化产物量多,发育完好,但其性能并不一定好.(a )m W /m B =0.3(b )m W /m B =0.5图8　样品2水化1d 后的显微形貌Fig.8　Micromorphology of sample 2hydrated for 1d502　第2期阎培渝等:复合胶凝材料的初期水化产物和浆体结构 比较图1和图7中硬石膏的特征峰强度可以发现,在水化6h 时,由于水化加速期刚刚开始,各样品的水化程度基本相同,所以图1中各样品的硬石膏特征峰强度基本相同.到水化1d 后,各样品的水化速率呈现差异.由硅酸盐水泥和膨胀剂组成的样品2的硬石膏峰强最弱,显示大部分膨胀剂已经参与反应;而含有矿物掺和料的样品3和样品4则仍有较多的硬石膏未参与反应.含活性较低的粉煤灰的样品3中,剩余硬石膏的量多于含活性较高的矿渣的样品4.这种反应程度差异导致了硬化浆体中钙矾石生成量的不同,最终将影响补偿收缩混凝土的体积变化性能.含有粉煤灰的复合胶凝材料经过1d 水化后,在粉煤灰颗粒表面沉积的水化产物量大大增加,并相互搭结,将粉煤灰颗粒粘结为一个整体(图9).水化初期形成的K 2SO 4仍然存在,散布在CSH 凝胶基体中(图10).与仅由硅酸盐水泥和膨胀剂组成的样品2相比,由硅酸盐水泥、粉煤灰和膨胀剂组成的样品3的硬化浆体中,钙矾石的含量较少.虽然在XRD 图谱中可以辨认出钙矾石的特征峰(图7),但ESEM 观察却难于发现钙矾石晶体(图9,10).可见这2种不同组成的胶凝材料的水化机理和浆体结构是存在差异的.图9　水胶比为0.3的样品3水化1d后的显微形貌Fig.9　Micromorphology of sample 3with m W/m B =0.3and hy 2drated for 1d图10　水胶比为0.5的样品3水化1d 后,K 2SO 4颗粒散布在CSH 凝胶基体中Fig.10　K 2SO 4particles scattering in CSH matrix in sample3with m W /m B =0.5and hydrated for 1d3　结论 1.硅酸盐水泥、矿物掺和料和膨胀剂组成的复合胶凝材料水化6h 时,水化产物开始成核生长,生成纤维状CSH 晶须和六方片状钙矾石微晶,并有钾石膏和K 2SO 4过渡性产物生成.2.复合胶凝材料水化1d 后,水化产物大量生成,主要为CSH 凝胶、Ca (OH )2和钙矾石晶体,形成致密的浆体结构.此时硅酸盐水泥熟料主要以溶解-结晶反应机制为主,生成致密的外部水化物层,并将粉煤灰颗粒粘结成为整体.参考文献:[1]　Hewlett P C.Lea ’s chemistry of cement and concrete.4th edition[M ].London :Arnold ,1998.2632269.[2]　Moser B.Der Einsatz eines ESEM 2FEG fuer hochaufloessende und mikroanalytische Untrsuchungen originalbelassener Baustoff 2proben[A ].Stark J.Proceedings of 14th Internationale Baustofftagung[C].Weimar ,G ermany :[sn ],2000.892114.[3]　Stark J ,Moser B ,Bellmann F.New approaches to ordinary Portland cement hydration in the early hardening stage[A ].Proceed 2ings of the 5th International Symposium on Cement and Concrete[C].Shanghai :Tongji University Press ,2002.56270.[4]　阎培渝,徐志全.水胶比和组成对补偿收缩胶凝材料的水化反应的影响[J ].硅酸盐学报,2003,31(8):7902794.[5]　王培铭,Ludwig U.蔗糖对波特兰水泥的水化和凝结的作用原理[J ].建筑材料学报,1998,1(1):36242.[6]　Taylor H F W.Cement chemistry.2nd edition[M ].London :Thomas Telford ,1997.602 建　筑　材　料　学　报第7卷　。

· 1073 ·第36卷第7期粉煤灰中SiO2在不同碱性条件下的溶出量及与火山灰活性指数的关系贾耀东，阎培渝(清华大学土木工程系，结构工程与振动教育部重点实验室，北京 100084)摘要：采用沸煮法，对Ca(OH)2+NaOH溶液的pH值对粉煤灰的SiO2溶出量的影响进行了研究；同时探讨了粉煤灰的可溶性SiO2量与其火山灰活性指数的关系。

结果表明：碱激发溶液的pH值越高，粉煤灰的SiO2溶出量越大；粉煤灰的SiO2溶出量在碱溶液的pH值超过某一特定值后显著增加，表现出较高的活性。

采用Ca(OH)2+NaOH混合溶液测定粉煤灰的SiO2溶出量，与实际情况较为吻合。

粉煤灰的总SiO2含量越高，SiO2溶出量越高，反之越低；SiO2溶出率与总SiO2含量无关，粉煤灰的可溶性SiO2量和SiO2溶出率与其火山灰活性指数之间没有相关性。

关键词：二氧化硅溶出量；粉煤灰；pH值；火山灰活性指数中图分类号：TQ 172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)07–1073–06SOLUBLE SiO2 CONTENT IN FLY ASH UNDER DIFFERENT ALKALI CONDITIONS AND THE RELA-TIONSHIP BETWEEN THE CONCENTRATION AND POZZOLANIC ACTIVITY INDEX OF FLY ASHJIA Yaodong，YAN Peiyu(Key Laboratory of Structural Engineering and Vibration of China Education Ministry, School of Civil Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The influence of the pH value of Ca(OH)2+NaOH solution to soluble SiO2 content in fly ash was studied by the boiling reflux method, and the relationship between soluble SiO2 content and the pozzolanic activity index was discussed. The soluble SiO2 content increases with the pH value of solutions. The soluble SiO2 content increases remarkably and fly ash shows obvious activity when the pH value of solutions exceeds infinity. This is coincidental with the real situation to determine the soluble SiO2 content in fly ash using Ca(OH)2+NaOH blended solution. The more SiO2 is contained in fly ash, the more SiO2 can be dissolved, and vice versa. There is no correlation between the dissolution rate and the total SiO2 content. The pozzolanic activity index of fly ash is independent of the soluble SiO2 content and dissolution rate of SiO2.Key words: soluble silicon dioxide content; fly ash; pH value; pozzolanic activity index粉煤灰是一种非晶态硅铝质材料，[1]本身没有胶凝性能；在碱性激发剂的作用下，粉煤灰中部分SiO2可溶出并发生火山灰反应，生成具有胶凝性能的低钙硅比C–S–H凝胶，[2] 因而粉煤灰具有潜在水硬活性。

不同养护方式对水泥⁃锂渣浆体水化程度影响吴福飞;宫经伟;董双快;陈昌礼;赵振华【摘要】为了分析水泥-锂渣浆体的水化程度,采用高温煅烧法测试各龄期的化学结合水,结果发现:水泥-锂渣浆体的化学结合水量随龄期的延长而增加,水化3 d和7 d 时能达到水化90 d时的60%和80%.高温养护、碱激发、高温和碱激发均能提高锂渣复合水泥基材料早期的化学结合水量,最高可达3~4倍,提高的幅度依次为碱激发和高温养护>碱激发>高温养护>标准养护.高温和复合环境养护也能提高水泥的水化程度,1~28 d内,锂渣掺量在40%以内时,水泥水化程度相对指数(ψ值)均大于1;掺量为60%时,ψ值均小于1.综上,高温养护、碱激发、高温和碱激发均能提高锂渣和水泥的水化程度,高温和碱激发复合作用时较为显著.%In order to analyze the hydration degree of the cement?lithium slag slurry, the chemically combined water is tested by high?temperature calcination at different ages. The testing results show that the chemically combined water of the cement?lithium slag slurry increases with prolongation of the age that can be able to achieve more than 60% and 80% for 90 d at 3 d and 7 d hydration degree, after then this increase becomes slower. The chemically combined water at 1 d is up to 3 to 4 times under the conditions of high temperature curing, alkali activation, high temperature and alkali activation ( composite curing ) , which is better than standard curing. Relatively speaking, the effect of the 4 kinds of curing is in the order of composite curing >alkali activation> high temperature curing>standard curing. The chemically combined water of unit cement at 1~28 d is small by an equivalent chemically combined water meth od, the relative index ( ψvalue)of the cement hydration degree at 1~28 d is greater than 1 when the content of the lithium slag is less than 40%, andψvalue is less than 1 when the content of the lithium slag is 60% under high temperature curing and composite curing. In summary, the hydration degree of the cement and lithium slag can be improved by high temperature curing, alkali?activation and composite curing, and it is more significant in the composite curing period.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】7页(P86-92)【关键词】养护方式;水泥;锂渣;水化程度【作者】吴福飞;宫经伟;董双快;陈昌礼;赵振华【作者单位】贵州师范大学材料与建筑工程学院, 贵州贵阳 550025;新疆农业大学水利与土木工程学院, 新疆乌鲁木齐 830052;贵州师范大学材料与建筑工程学院, 贵州贵阳 550025;贵州师范大学材料与建筑工程学院, 贵州贵阳 550025;贵州师范大学材料与建筑工程学院, 贵州贵阳 550025【正文语种】中文【中图分类】TU528锂渣是一种具有潜在火山灰活性的矿物掺合料，适量锂渣(20%～30%)等质量替代水泥后，混凝土的力学性能、抗裂性能、干燥收缩、氯离子渗透性和抗冻性能等指标[1-4]能得到改善，故锂渣混凝土已在一些工程中得到了推广使用：如新疆乌苏布尔增水库面板和基础、新疆乌市新民路高架桥、新疆乌苏西海子水库面板，新疆呼图壁县青年渠首和四川金华电航桥等工程。

水泥水化程度研究方法及其进展摘要：水泥混凝土各项性能的发展都是基于水泥水化这一过程开始的，水泥水化机制直接影响其水化放热量和放热速率，并影响混凝土的各种物理力学性能的发展。

关键词：水泥水化；过程；方法；控制1.前言提高混凝土的性能，必须从水泥水化入手，弄清楚水泥水化的本质、水泥水化的机理及水泥水化动力学等，才能不断改进水泥的品质，进而提高混凝土的性能。

本文将对水泥水化的相关内容进行分析。

2.水泥水化过程水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性.水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而成水化产物，这些水化产物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构从而产生强度.普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿物组成，其相对含量大致为：硅酸三钙37～60%，硅酸二钙15～37%，铝酸三钙7～15%，铁铝酸四钙10～18%.这四种矿物质遇水后均能发生水化反应，但由于矿物本身结构差异以及相应水化产物性质的不同，各矿物的水化速率和强度也不尽相同。

C3S水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体.该水化反应的速度快，形成早期强度并产生早期水化热.C2S水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。

该水化反应的速度慢，对后龄期混凝土强度的发展起关键作用.其水化热释放缓慢，产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成更多的水化产物.C3A水化生成水化铝酸钙晶体.该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量.石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）.钙钒石难溶于水，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。

3.水泥水化程度研究之传统方法3.1水化热法水泥拌水后，发生一系列物理变化和化学变化，并释放出大量热量.由于水泥水化放热量的多少与水泥的水化程度有着必然联系，因此基于某时刻水泥试样放热量的确定，可以得出该时刻（t）的水泥水化程度t为t=Qt/Qmax式中：Qt为t时刻水泥水化放热总量；Qmax为水泥完全水化放热总量.水泥浆体水化热的测量主要有直接测定法与溶解热法.直接测定法（GB202280）是一种操作简单、不需其它化学试剂和无污染的标准试验方法.其原理是：水泥胶砂在特定的环境中水化，然后根据水泥水化热量积蓄和散失的多少求得水泥各龄期的水化热.溶解热法（GB/T1295991）是依据热化学中的盖斯定律，即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关，而与反应的途径无关而提出的.它是在热量计周围温度一定的条件下，分别将未水化的水泥与已水化至一定龄期的水泥放在一定浓度的标准酸中溶解，然后测定溶解热之差，即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热.该方法适用于硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、中热水泥及低热矿渣水泥等水泥水化热的测定.我国目前大多数厂家及试验单位一直沿用直接测定法测定水泥水化热，而溶解热法测定水泥水化热则为美国、英国、日本等国所采用。

第３５卷第５期２００７年５月硅酸盐学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ１Ｗ匣ＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡｈ缸ＣＳＯＣⅢＴＹＶ０１．３５，Ｎｏ．５Ｍａｙ，２００７矿渣—粉煤灰混合材料水化产物、微观结构和性能张景富，丁虹，代奎，孙超（大庆石油学院，提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆１６３３１８）摘要：用ｘ射线衍射仪和扫描电子显微镜等对矿渣、粉煤灰混合材料的水化产物、硬化体微观结构及强度进行了检测和分析，确定了水化产物的组成及微观结构特点，揭示了矿渣粉煤灰材料的水化作用特点及强度特征。

结果表明：矿渣在激发剂作用下使玻璃体首先发生表面水解，产生水化反应，进而引发粉煤灰的火山灰作用；混合材料的水化产物组分以水化硅酸钙凝胶为主，硬化体具有与油井水泥相类似的网络状微观结构；随养护时间增长，馄合材料后期强度持续增加。

关键词：矿渣；粉煤灰；水化产物；微观结构；强度中图分类号：１Ｑ１７２．４＋４；Ⅱ’２５６文献标识码｛Ａ文章编号：０４５４＿５“８（２００７）Ｏ汕６３３＿０５ＭＩＣＲｏＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＤＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳｏＦｌ舯Ｒ棚ｏＮＰＲｏＤＵＣＴＳｏＦＳＬＡＧ．ＦＩＹＡＳＨＭⅨＥＤＣＥＭ匝Ｎ’ｎＴＩｏＵＳⅣｍＥＲＩＡＩ．ＳｚＨＡＮＧｍｎｇｆｈ．ＤＩＮＧＨｏｎｇ，Ｄｍｌ觚．ｓｕＮＣｈ∞（Ｅｎｈａ觚ｅｄｏｉｌ孤ｄＧ勰脚ｅｒｙＫｅｙＩａｂｏ鞠ｌｏｒｙｏｆＭｉＩｌｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＤａｑｉｎｇＰｅ缸ｏｌ即ｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｄａｑｉｎｇ１６３３ｌ８，Ｈｅｉｌｏｎ萄ｉ∞ｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓ订ａｃｔ：Ｔｈｅ蛔，ｄｍ廿ｏｎｐ１讪ｃｔｓ，ｍｉｃｒｏ蛐ｍｃｔＩｌｒｅａｎｄｓ仃蛐ｇｍｏｆｓｌａｇ＿ｆＩｙ船ｈｍｉ）【ｅｄｃ锄ｃｎｔｉｔｉｏｕｓｍｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｍｅ嬲ｕｒｅｄ锄ｄａｎａ－ｌ严ｄｂｙｘ－ｍｙｄｉｍ枷∞柚ｄｓｃ砌】ｉｎｇｅｌｅｃ打∞ｍｉｃ螂ｃｏｐｙ．耽ｅｃ咖ｐｏｓｉｔｉｏｎ柚ｄｍｉｃｒｏｓ仃ｕｃｔＩ矾ｏｆｔ量ＩｅｈｙｄｍｔｉｏｎｐｒＩ诎ｌｃｔｓｗｅｒｅｄｅ咖ｉｎｅｄ＇姐ｄｔｈｅｈ”ｌｍｔｉｏｎ锄ｄｓ廿ｅｎ粤；ｔｈｄｌ孤铆舸ｉｓｔｉｃｓｏｆｓｌａｇ＿ｆｌｙａｓｈｍｉｘｅｄｃ锄ｅｎｔｉｔｉｏ吣ｍａ矧ａｌｓｗｅｒｅｓｔＩｌｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｎｓｉｎ－ｄｉｃａｔｅｔｌｌａｔ岫ｄ盯ｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆ锄ｅｘｃｉ协ｔｉｏｎ艇ｒａ峨ｓ耐如ｅｈｙｍＤｌｙｓｉｓｏｆｓｌａｇｔａｋｅｓｐ１挪ｃｅｏｎｔｈｅ９１嬲ｓｂｏｄｙ触ａｎｄ廿ｌｅｂ＾ｄｍｔｉ蚰ｒｅａｃ－伽ｎｏｃｃｕ娼．Ｔｈｅｎｔｈｅｐｏｚｚｏｌａｎｉｃｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｆｌｙ勰ｈｔａ｜∞ｓｐｌａｃｅ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆ螂栅ｉ∞ｐｒｏｄｕｃｔｓｆ．凹ｓｌａ争－ｎｙａｓｈｍ政ｃｄｃｅｍ∞ｔｉｔｉｏｕｓｍ砌ａｌｓｃ咄ｉｓｔｏｆｇｅｌ劬ｇｈｙｄ】旧ｔｃｄｃａｌｃｉ啪ｓｉｌｉｃａｔｅ．Ｔｈｅｎｅｔ．ｓｈａｌ）ｃｄｍｉｃｒｏｓｔｒｌｌｃｔＩｌｒｅｉｎｍｅｃ锄锄ｔｉｔｉｏｌ墙ｓｔｏｎｅｉｓｓｉｍｉｌａｒｔｏｈａｒｄｅｎｅｄｏｉｌｗｅＵ∞ｍｅｎｔ．Ｗｉｍｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃ嘶ｎｇｔｉｍｅ，ｔｌｌｅｓ灯ｅｎ星曲ｏｆｈａｒｄｅｎｅｄｃ锄ｅｎｌｉｎｃｒｅａｓｅｓ“ｍｔｉ］ｎｌｍｌｌｙｉｎｔ１１ｅｌ栅ｏｆｍｅ舱删ｏｎ耐。

粉煤灰的活性日期：2008-1-30 8:57:00 保护色：默认白牵牛紫苹果绿沙漠黄玫瑰红字体：小字大字粉煤灰的活性也即火山灰效应，是指粉煤灰中的活性氧化硅、活性氧化铝与氢氧化钙发生反应，生成具有胶凝性质的水化铝硅酸钙，以此来增强砂浆、混凝土的强度。

粉煤灰的常量化学成分氧化硅、氧化铝是硅铝酸盐的主要成分，其中的可溶性成分越多，说明粉煤灰的活性越好，掺加到混凝土中越易与水泥水化析出的Ca（OH）2 反应，生成类似于水泥水化的产物，从而增强反应物的活性。

一般来说，氧化硅、氧化铝含量越多，其28天抗压强度比越高，两者有一定的相关性。

在材料学界，“活性”只是针对无机胶凝材料而言，“无机胶凝材料”是指磨细了的无机粉末材料。

当其与水或水溶液拌合后，所形成的浆体有塑性，可任意成型，经过一系列物理、化学作用后，能够逐渐硬化，并形成有强度的人造石。

大量的研究事实认为：粉煤灰的活性是“潜在”的，它需要一定条件的激发。

这是因为：粉煤灰与水泥熟料等类的无机盐胶凝材料，在矿物组成、结构，和性能方面，都有很大的不同，它本身没有胶凝性能。

但是粉煤灰具有一定潜在化学活性的火山灰材料，在常温、常压下、和有水存在时，它所含的大量铝酸盐玻璃体中的活性组分，具有能与Ca（OH）2发生火山灰反应，并生成具有强度的胶凝物质。

所以粉煤灰具有一定的胶凝性能。

活性效应主要取决于粉煤灰颗粒表面化学的和物理的特性，在很大程度上受形态效应的影响，也受微集料效应的影响。

粉煤灰的活性效应仅对水泥水化反应起辅助作用，而且只有到砂浆硬化后期，才能比较明显地显示出来，即粉煤灰活性效应具有潜在性质的特点。

粉煤灰的活性效应一般用28天抗压强度比来表示。

改善粉煤灰活性方法，目前激发粉煤灰活性的较为有效的途径主要有三种：一是物理活化即通过机械磨细来破坏粉煤灰的玻璃体的结果，同时增加比表面积，以加快水化反应速度；二是化学活化即通过化学激发剂和改性剂来激发粉煤灰的活性，目前常用的粉煤灰激发剂有：碱性激发剂、硫酸盐、纯碱、卤化物等。

【技术交流】“混凝土强度—粉煤灰掺量—水胶比”关系探究与应用2015-07-15耿加会“混凝土强度—粉煤灰掺量—水胶比”关系探究与应用耿加会1余春荣2（1.舞阳县惠达公路工程有限公司，河南，舞阳，4624002.建筑材料工业技术情报研究所，北京，朝阳，100024）【摘要】粉煤灰作为商品混凝土中最常用的矿物掺合料，其优点得到业界的广泛认可。

对于“混凝土强度——粉煤灰掺量——水胶比”三者之间的关系，国内外专家学者对粉煤灰进行了深啊入的研究。

本文通过大量的试验数据，探讨“混凝土强度——粉煤灰掺量——水胶比”三者之间的关系，并通过工程应用，为粉煤灰的使用提供一点借鉴。

【关键词】混凝土强度、粉煤灰掺量、胶凝材料、水胶比、水灰比、配合比设计0概述商品混凝土经过三十年的发展，截止2013年底产量己达21.96亿m3/年，比2012年﹙18.49亿m3/年﹚增长了18.77%，混凝土已经成为重要的大宗建筑材料。

混凝土消耗的水泥量也在逐年增加，利用矿物掺合料部分取代水泥，具有良好的经济效益和社会效益。

粉煤灰是我国目前排放量最大的燃煤副产品之一，也是利用程度和利用水平最高的工业废渣之一[1]；粉煤灰以其诸多优点成为混凝土的重要组成部分[2]。

经过几十年的发展，我国电厂设备的改进使粉煤灰的燃烧更加充分，粉煤灰的质量和稳定性有较大的提高。

再加上高效减水剂（高性能减水剂）复合使用，可以大幅度降低水胶比，改善了粉煤灰的使用环境。

工程实践及试验研究表明，粉煤灰作为混凝土的矿物掺合料，既可以降低水化热，利用二次水化增加混凝土后期强度，又能提高混凝土的和易性、泌水性、流动性、泵送性及耐久性等。

上世纪80年代我国杰出的粉煤灰学者沈旦申[3]提出了“粉煤灰效应”假说：形态效应、填充效应、火山灰效应。

英国的Dunstan 研究发现：混凝土的水胶比减小，粉煤灰对不同龄期混凝土强度的贡献随之增大，粉煤灰对强度的贡献与水胶比的关系比水泥还敏感。